AGM Batterien sind nicht ganz unproblematisch in der Handhabung.
Ladespannung
Gel- (12 und 24 V) sowie AGM- (6 und 12 V) Batterien müssen mit einer Spannung von 2,4 V/Zelle bei einer Temperatur von 25 °C geladen werden. Dies entspricht 14,4 V bei einer 12 V-Batteriebank sowie 28,8 V bei einer Batteriebank von 24 V. Die maximale Zeit, in der eine Batterie bei dieser Spannung geladen werden kann, beläuft sich auf vier Stunden. Danach muss die Spannung auf 2,2 V/Zelle oder entsprechend 13,25 bzw. 26,5 V reduziert werden.
Der Ladestrom
Eine Faustregel für Gel- und AGM-Batterien lautet, dass der minimale Ladestrom 15 bis 25% der Batteriekapazität entsprechen sollte. Während des Ladevorgangs müssen normalerweise angeschlossene Geräte ebenfalls eingeschaltet werden. Dies bedeutet, dass mit einem Batteriesatz von 400 Ah und einer Anschlussleistung von 10 Ampere, die Lader Kapazität zwischen 70 und 90 A liegen muss, um die Batterie in einer angemessenen Zeit zu laden.
Der maximale Ladestrom beläuft sich auf 50% bei einer Gel-Batterie und 30% bei einer AGM-Batterie.
Das Ladesystem
Um eine möglichst hohe Lebensdauer der Gel-, AGM- und Lithium-Ionen-Batterien zu erhalten, benötigt man einen modernen Batterielader mit einer 3-stufigen+-Ladekennlinie und einem Sensor zum Messen der Batterietemperatur. Diese Batterielader regulieren kontinuierlich die Ladespannung und den Ladestrom und passen die Ladespannung der Batterietemperatur an.
Da sich an Bord immer Geräte befinden, wie zum Beispiel Kühlschränke, die einer Batterie Strom entziehen, auch wenn diese geladen wird, wurde eine maximale Ladespannung festgelegt, um die angeschlossenen Geräte zu schützen. Der maximale Wert beträgt 14,55 Volt für ein 12 Volt-System und 29,1 Volt für ein 24 Volt-System. Diese Ladespannung gilt auch bei einer Umgebungstemperatur von 12 °C.
Damit die Batterien nicht vorzeitig ausfallen, muss die Brummspannung des Batterieladers unter 5% liegen. Versorgt die Batterie auch die Navigations- oder Kommunikationsausrüstung, wie GPS oder VHF, mit Strom, darf die Brummspannung nicht mehr als 100 mV (0,1 Volt) betragen, ansonsten könnten Probleme mit der Ausstattung auftreten. Ein weiterer Vorteil einer niedrigen Brummspannung besteht darin, dass Stromsysteme an Bord nicht beschädigt werden, wenn ein Batteriepol nicht richtig angebracht oder korrodiert ist. Bei einer niedrigen Brummspannung kann der Batterielader das System sogar antreiben, ohne an eine Batterie angeschlossen zu werden.
Mit Hilfe der folgenden Formel kann die Ladezeit einer Gel- oder AGM-Batterie berechnet werden:
Lt = Ladezeit
Co = Kapazität, die der Batterie entzogen wurde
eff = Wirkungsgrad; 1,1 bei einer Gel-Batterie, 1,15 bei einer AGM-Batterie und 1,2 bei einer nassen Batterie
Al = Strom des Batterieladers
Ab = Verbrauch der angeschlossenen Geräte während des Ladevorgangs
Wenn wir eine Batterie nehmen, die zu 50% entladen ist, und das zuvor genannte Beispiel einer 400 Ah Gel-Batterie sowie einen Batterielader von 80 Ampere zugrunde legen, dauert das Laden der Batterie auf 100% wie folgt:
Berechnung der Ladezeit
Bei der Berechnung der Ladezeit einer Batterie müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden.
Die erste Überlegung gilt dem Wirkungsgrad der Batterie. Bei einer Standard-Nasszellenbatterie liegt der Wirkungsgrad bei ungefähr 80%. Dies bedeutet, dass die Batterie mit 120 Ah geladen werden muss, damit ihr später 100 Ah entzogen werden können. Bei Gel-, AGM- und Lithium-Ionen-Batterien ist der Wirkungsgrad größer – 85 bis 90% - weshalb es geringere Verluste und kürzere Ladezeiten im Vergleich zu Nasszellenbatterien gibt.
Ein weiterer, bei der Berechnung der Ladezeit zu berücksichtigender Punkt ist die Tatsache, dass die letzten 20% des Ladevorgangs (80-100%) ± vier Stunden in Anspruch nehmen (dies gilt nicht für Lithium-Ionen-Batterien). Bei der zweiten Stufe, die auch als Absorptionsphase bekannt ist, legt die Batterie fest, wie viel Strom sie unabhängig von der Ausgangsleistung des Batterieladers absorbieren muss.
Die Menge an Strom hängt von dem Batterietyp ab (nass, AGM, Gel oder Lithium-Ionen) sowie von weiteren Faktoren, wie dem Umfang, in dem sie zu Beginn geladen wurde, der Temperatur, der Lebensdauer und der Umgebungstemperatur.
Überprüfung der verbleibenden Kapazität einer versiegelten AGM- oder Gel-Batterie
Die verbleibende Kapazität oder der Zustand einer Batterie lässt sich am einfachsten mit Hilfe eines Ah-Messgerätes überprüfen, wie dem MasterShunt oder BTM-III Batteriemonitor von Mastervolt. Zusätzlich zum Lade- und Entladestrom gibt dieser Monitor auch die Batteriespannung und die Anzahl der verbrauchten Amperestunden wieder. Außerdem zeigt er an, wie lange es noch dauert, bis die Batterie wieder aufgeladen werden muss. Das Gerät liefert auch Daten darüber, wie oft und in welchem Umfang die Batterie entladen wurde, wobei sowohl das durchschnittliche als auch das höchste Entladeniveau angezeigt werden.
Eine andere, jedoch sehr ungenaue Methode zur Überprüfung der Batterie besteht darin, die Batteriespannung zu messen. Dies kann jedoch nur geschehen, wenn die Batterie für mindestens 24 Stunden nicht benutzt wurde. Die Messung der Batteriespannung liefert zwar eine ungefähre Schätzung des Umfangs, in dem die Batterie entladen wurde, doch bei geringen Spannungsabweichungen ist ein präzises digitales Voltmeter erforderlich.
Verbleibende Batteriekapazität
Batteriespannung
25%
zwischen 11.7 und 12.3 Volt
50%
zwischen 12.0 und 12.6 Volt
75%
zwischen 12.1 und 13.0 Volt
100%
zwischen 12.6 und 13.35 Volt
Diese Methode ist nur zu 15-20% genau und gibt deshalb nur ungefähr an, wie viel Strom noch in der Batterie übrig ist.
Die Peukert-Gleichung
Oberflächlich betrachtet scheint man einfach berechnen zu können, wie lange eine Batterie noch ausreichend Strom liefert. Eine der gebräuchlichsten Methoden besteht darin, die Batteriekapazität durch den Entladestrom zu teilen. In der Praxis erweisen sich solche Berechnungen jedoch häufig als falsch. Die meisten Batteriehersteller legen die Batteriekapazität unter der Annahme fest, dass die Entladezeit 20 Stunden beträgt.
Es wird zum Beispiel davon ausgegangen, dass eine Batterie von 100 Ah 20 Stunden lang 5 Ampere pro Stunde liefert, wobei die Spannung in dieser Zeit nicht unter 10,5 V (1,75 V/Zelle) sinken sollte. Leider liefert eine Batterie von 100 Ah, wenn sie mit einem Strompegel von 100 Ampere entladen wird, nur 45 Ah, was bedeutet, dass sie nur weniger als 30 Minuten eingesetzt werden kann. Dieses Phänomen wird in einer Formel beschrieben – der Peukert-Gleichung – die vor mehr als einem Jahrhundert von den Batteriepionieren Peukert (1897) und Schroder (1894) erstellt wurde.
Die Peukert-Gleichung beschreibt die Auswirkung verschiedener Entladewerte auf die Kapazität einer Batterie, das heißt, die Batteriekapazität nimmt bei höherem Entladestrom ab.
Die Peukert-Gleichung gilt nicht für Lithium-Ionen-Batterien, da die angeschlossene Last keine Auswirkung auf die verfügbare Kapazität hat.
Die Peukert-Formel für die Batteriekapazität bei einem festgelegten Entladestrom lautet:
Cp = Int
Cp = Batteriekapazität, die bei dem festgelegten Entladestrom verfügbar ist
I = das Niveau des Entladestroms
n = der Peukert-Exponent =
T = Entladezeit in Stunden
I1, I2 und T1, T2 können durch zwei Entladetests ermittelt werden. Das heißt, dass die Batterie zweimal bei zwei unterschiedlichen Stromniveaus entladen wird.
Eines hoch (I1) – sagen wir 50% der Batteriekapazität – und eines niedrig (I2) - ungefähr 5%. In jedem der Tests wird die Zeit T1 und T2, die vergeht, bevor die Batteriespannung auf 10,5 V gesunken ist, aufgezeichnet. Es ist nicht immer einfach, zwei Entladetests durchzuführen. Häufig steht keine große Last zur Verfügung oder man hat keine Zeit für einen langsamen Entladetest.
Belüftung
Unter normalen Bedingungen produzieren Gel-, AGM- und Lithium-Ionen-Batterien nur wenig oder gar kein gefährliches Wasserstoffgas. Die geringe Gasmenge, die entweicht, kann man vernachlässigen. Während des Ladevorgangs wird jedoch Wärme erzeugt, wie dies bei allen Batterien der Fall ist. Zur Gewährleistung der längsten möglichen Lebensdauer ist es wichtig, dass diese Wärme so schnell wie möglich aus der Batterie entfernt wird.
Q = 0.05 x I x f1 x f2 x n
Q = erforderliche Belüftung in m3/Std.
I = maximaler Ladestrom des Batterieladers
f1 = Kürzung um 0,5 für Gel-Batterien
f2 = Kürzung um 0,5 für geschlossene Batterien
n = Anzahl an genutzten Zellen (eine 12-Volt-Batterie hat sechs Zellen von jeweils 2 Volt)
Bei dem zuvor genannten Beispiel einer 12V/400Ah-Batteriebank und eines Batterieladers von 80 Ampere sieht die erforderliche Mindestbelüftung wie folgt aus:
Q = 0.05 x 80 x 0.5 x 0.5 x 6 = 6 m³/h
Dieser Luftstrom ist so gering, dass die natürliche Belüftung normalerweise ausreicht. Wenn die Batterien in ein geschlossenes Gehäuse installiert werden, sind zwei Öffnungen erforderlich, und zwar eine oben und eine unten. Die Abmessungen der Belüftungsöffnung können mit Hilfe der folgenden Formel berechnet werden:
A = 28 x Q
A = Öffnung in cm²
Q = Belüftung in m³
In unserem Fall erhält man folgenden Betrag: 28 x 6 = 168 cm² (etwa 10 x 17 cm) für jede Öffnung.
Lithium-Ionen-Batterien erzeugen überhaupt kein Wasserstoffgas und sind deshalb sicher in der Anwendung. Wenn Batterien schnell geladen werden, wird ein gewisser Grad an Wärme erzeugt. In diesem Fall kann die o.g. Formel angewendet werden, um die Wärme zu beseitigen.
Kurzum: eine Lichtmaschine im Auto verfügt nicht über die benötigte Ladekennlinie für eine AGM-Battterie und man benötigt für die volle Kapazitätsausschöpfung entsprechende Ladegeräte wie z.B. die von CTEK.
Und für die Car-HiFi Geschichte würde ich über einen Booster-Elko ( >= oder gleich 1Farad ) nachdenken, um gewisse Leistungsspitzen entsprechend auszugleichen.
